EO成品罐換熱器凍堵判斷及驗證處理分析

李旭(中化泉州石化有限公司，福建 泉州 362103)

0 引言

工業環氧乙烷產品(EO)純度在99.95%以上，冷凍介質為乙二醇水溶液，從理論上講及行業內多年實際運行情況來看，都極少會出現EO成品罐換熱器凍堵的情況。因其環氧乙烷特殊的毒害性和易燃易爆性，一旦成品罐換熱器凍堵，無法循環冷卻，成品罐內低溫液態EO會揮發成氣態EO，引起設備超壓、發生泄漏、火災爆炸風險，危害影響巨大，必須引起足夠重視[1]。

1 流程簡介

中化泉州20/50萬噸/年環氧乙烷/乙二醇裝置(簡稱：EOEG裝置)采用SHELL MASTER專利技術，來自EO精制塔C-303測線采出高純度EO，經EO產品泵P-306增壓后，經EO產品換熱器E-801冷卻至-5 ℃，送入EO儲罐V-801(A/B/C)，當測線EO不合格，EO產品泵也可將物料送至EO濃縮塔C-204回煉，EO精致系統和EO儲運系統同屬一套EOEG裝置內。

在EO儲運單元，儲罐中的產品EO通過EO裝車循環泵P-801(A/B/C/D/E/F)維持物料循環，循環管線中的HPEO經過EO循環換熱器E-802(A/B/C)冷卻至-5 ℃后返回儲罐，維持儲罐溫度在-5 ℃左右。EO裝車循環泵還將部分HPEO通過裝車循環線送至裝車站，進行EO汽運裝車，裝車循環線保持連續循環，裝車循環線內未裝車物料返回儲罐，保持同一儲罐循環，或者將物料轉移至其他儲罐。當儲罐內EO不合格或被污染，EO裝車循環泵也可將物料送至EO濃縮塔C-204回煉。儲罐中的產品EO還可通過EO輸送泵P-802A/B將HPEO送至界外下游工廠，輸送循環管線中的HPEO經過EO循環換熱器E-802(A/B/C)冷卻至-5 ℃后，返回V-801(A/B/C)。EO儲運單元冷凍機組Z-801A/B/C為上述換熱器提供-17 ℃冷凍水，冷卻介質為-17 ℃乙二醇水溶液(質量分數為45%)，EO儲罐的壓力控制為0.4 MPa，采用氮氣保護。氮氣來自管網，分別用作EO儲罐壓力控制、冷凍水罐T-801壓力控制、EO儲罐安全閥吹掃和裝車管線吹掃。系統內的排放氣體將用氮氣送至防空吸收塔C-304。

EO儲運系統流程示意圖如圖1所示。

圖1 EO儲運系統流程示意圖

2 凍堵現象

EOEG裝置在建設中交后于2020年9月19日一次投料開車成功(簡稱：原始開車)，2022年年初大檢修后，于2022年1月19日投料開車(簡稱：空塔開車)。1月21日EO精制塔C-303開始空塔進料開車，4 h后C-303產品側線開始采出至C-204循環調整產品質量。19日21點分析EO產品質量合格，22:30分，連續兩次分析結果合格后隨即將產品切至V801A。

EO產品正常采出后，在逐步提高EO負荷時發現，產品采出流量閥全開最高提至5 t/h，遠低于正常流量。而EO產品泵P-306在EO精制塔建立回煉及返料回煉時流量均正常，將流量控制閥及跨線全開，最大采出流量只能達到5.4 t/h(額定流量為30 t/h)，遠低于正常流量，并且還處于緩慢下降趨勢。隨即再次將EO測線采出切回至C-204回煉流程，P-306采出流量正常。EO精制塔提負荷受限，初步懷疑P-306至V-801流程不暢通。全面排查P-306至V-801全線流程，結果顯示流量控制閥、前后手閥、流量計均全部正常，初步懷疑P-306至V-801流程上止回閥卡澀。1月22日白班，將P-306至V801止回閥下線檢查正常，止回閥正常完好、無卡澀。

儲罐V-801A液位滿足后，啟動EO裝車循環泵P-801A，通過儲罐自循環流程對儲罐進行循環冷卻，此時流量無法突破P-801A流量低連鎖50 t/h,致使循環泵無法啟動，EO儲罐無法及時有效建立循環冷卻。隨后投用裝車循環線，使P-801A流量越過流量低連鎖，啟動正常，建立EO儲罐循環，但E-801與E-802A無明顯制冷效果。為防止成品罐內液態EO因無法及時冷卻而揮發成氣態EO，發生火災爆炸風險，隨即將V-801A物料通過裝車循環線轉移至V-801B，啟動P-801C泵，可以滿足P-801C泵流量低流量連鎖，建立自循環，通過E-802B循環冷卻。

隨后同時全面排查V-801A循環、冷卻流程、控制閥均正常，冷凍水壓力、溫度、流量正常，冷凍機組Z-801A/B/C運行正常，冷凍水泵P-803及冷凍水罐T-801各運行參數正常。

3 原因判斷

排查EO存儲系統開工前各單元干燥情況顯示，EO產品進料線、EO產品換熱器、EO儲罐、EO循環換熱器、EO裝車循環泵、裝車循環線各系統均干燥合格，露點在-50～-70 ℃之間，均滿足EO存儲系統干燥要求。而在此期間，EO側線采出產品始終合格，水含量始終維持在0.006%左右。此時，對已進料的V-801A/B儲罐成品采樣分析發現，A、B儲罐中EO產品水含量均超標，其中A罐EO產品水含量峰值達1.19%，并且A罐作為首先進料罐，產品水含量明顯高于B罐，在此期間EO產品測線及EO成品罐V-801A/B的LMSE分析結果如表1所示。

表1 EO產品測線及EO成品罐V-801A/B的LMSE分析結果

分析結果顯示，儲罐成品EO水含量不合格，根據EO水溶液混合物凝固點趨勢，結合上述流程排查及E-801與E-802A無明顯換熱效果等現象，判斷EO產品換熱器E-801、EO循環換熱器E-802A內部EO產品側(管程)存在局部凍堵，從而造成P-306至V-801流程不暢，E-801與E-802A換熱器無明顯制冷效果。EO水溶液混合物凝固點趨勢如圖2所示[2]。

圖2 EO水溶液混合物凝固點趨勢圖

而且V-801A罐作為首先進料罐，產品水含量高于B罐，由此判斷造成本次環氧乙烷成品儲罐換熱器凍堵的直接原因是：EO產品在輸送過程中水含量超標，達到EO水溶液凝固冰點而造成換熱器局部凍堵。

4 驗證處理

為驗證上述判斷，隨即在1月22日18:00左右開始將E-801和E-802A冷凍水(-17 ℃)中斷，通過換熱器殼程低點導淋和高點放空，通入40 ℃除鹽水進行解凍，期間維持P-306采出及P-801A/C泵循環，P-306采出進V-801B罐，同時將V-801B不合格產品返回至V-801A。解凍維持2 h后，P-306采出流量穩步升高、P-801泵循環流量也逐步升高，E-801與E-802A換熱效果逐漸明顯，以上現象表明上述判斷方向正確。繼續對E-801和E-802A解凍、置換，隨著P-306采出流量穩步提高，V-801B罐隨著進料量穩步增加，B罐水含量隨著進料量的增加先是降低，待換熱器完全解凍后，高含水量的不合格EO進入V-801B，產品中水含量升高至0.114%，隨著P-306采出合格EO產品持續調和，最終在1月23日10:00，V-801B成品分析合格，V-801A不合格產品統一通過P-801A返料線返回至C-204繼續回煉。驗證處理過程V-801B罐水含量LMSE分析結果如表2所示。

表2 驗證處理過程V-801B罐水含量LMSE分析結果

5 分析總結

事后回顧本裝置中交后原始開車情況，當時也出現EO測線產品合格，切至成品罐后水含量超標(換熱器未凍堵)，因當時P-801泵機封檢修，因此當時判定成品罐后水含量超標原因為泵體在清洗置換時，少量除鹽水進入成品罐導致。

針對本次空塔開車現象，事后再次排查EO存儲系統本次開工前干燥情況，系統各處均干燥合格，露點在-50～-70 ℃之間，滿足干燥要求，系統各處也未有設備檢修等可能導致成品罐后水含量超標原因，本次不但產品水含量超標，而且還發生換熱器凍堵。由此判斷說明原始開工水含量超標的原因分析不成立。

再次全面排查EO產品泵P-306至球罐輸送流程，發現之前一直忽視的設計漏洞：因本裝置在設計時將EO精致系統和EO儲運系統放置在同一套裝置內，P-306出口至球罐流程根部閥門位置設置在EO儲運系統界區處，距離P-306出口至C-204返料線手閥過遠，每次空塔開車過程中，啟動P-306回煉不合格產品，會使不合格產品充滿P-306出口至成品儲罐流程管線(約200 m)，產品切至球罐過程中，該不合格物料會隨之帶入到EO成品儲罐V-801，造成EO成品儲罐換熱器凍堵。

另外本次開工EO精制塔C-303回流罐V-304，未進行干燥置換，也造成P-306初始回煉的不合格產品水含量極高，導致P-306出口至球罐流程管線的不合格物料水含量很高，更加劇了EO產品水含量超標和EO成品儲罐換熱器凍堵現象。

6 優化建議

為從根本上避免此類情況的再次發生，最直接的方法是：擇機在P-306出口至球罐流程初始端根部，增加隔離手閥，防止空塔開車過程期間，不合格物料回煉過程中，使其進入產品管線，污染球罐產品，保障儲罐產品快速合格，減少系統返料回煉。以上措施暫未實施的情況下，在有空塔開車情況，可采用將P-306出口至球罐流程手閥前物料，回收回煉的方式處理，避免該不合格物料污染成品罐，提高裝置經濟效益。另外EO精制塔C-303空塔首次開車前，將回流罐V-304吹掃干凈，保持干燥，可以減少不合格產品水含量，加快測線產品合格時間，減少EO精致系統返料回煉。